Das Gebäude-Energie-Gesetz legt fest, welche Anforderungen beheizte und klimatisierte Gebäude erfüllen müssen und regelt ab 2024 den Einsatz erneuerbarer Energien. Ziel ist die Senkung des Energieverbrauchs, um Klimaziele zu erreichen, durch Optimierung über den gesamten Gebäudelebenszyklus.
Ziele der lebenszyklusübergreifenden Optimierung von Wohn- und Zweckgebäuden
Bisherige Transformationsmaßnahmen für einen umweltfreundlicheren Gebäudebetrieb haben sich auf die Nutzungsphase von Gebäuden konzentriert. Allerdings werden auch CO2-Emissionen beim Bau, Umbau und Rückbau des Objekts ausgestoßen. Dementsprechend wichtig ist es für zukunftsfähige Gebäude, den gesamten Gebäude-Lebenszyklus zu betrachten und Optimierungsmaßnahmen möglichst vorausschauend lebenszyklusübergreifend festzulegen. Die Ziele des phasenübergreifenden Lebenszyklusmanagements von Gebäuden liegen unter anderem in:
- Ressourcenoptimierung: Hierbei wird darauf abgezielt, für die Planung, Errichtung und den Betrieb des Gebäudes möglichst wenig Energie und Ressourcen zu verwenden. Zur Optimierung werden erneuerbare Energien, smarte Managementsysteme wie Smart Grids und KI, aber auch möglichst umweltfreundliche Materialien hinzugezogen.
- Optimierung der Nachhaltigkeit: Durch die Ressourcenoptimierung wird bereits auf die Umweltfreundlichkeit eines Gebäude-Lebenszyklus geachtet. Jedoch geht es bei der Optimierung der Nachhaltigkeit auch darum, die Umwelt beim Bau möglichst wenig zu belasten – beispielsweise durch den Einsatz lokal gefertigter Waren, um lange Transportwege und damit weitere CO2-Emissionen zu vermeiden. Auch andere umweltschädliche Faktoren wie etwa Biozide werden hierbei beachtet.
- Vorausschauender Nutzungsoptimierung: Damit künftig möglichst wenige Umbau- und Reparaturmaßnahmen vorgenommen werden müssen, spielt auch die Nutzungsoptimierung beim Betrachten von Planungs-, Bau- und Betriebsphase eines Gebäudes eine zentrale Rolle. Ist das Objekt möglichst flexibel an die sich verändernden Bedürfnisse der Bewohner / Eigentümer anpassbar, bietet es maximalen Nutzen. So wird beispielsweise auch die Barrierefreiheit für altersgerechtes Wohnen betrachtet.
- Mehr Transparenz: Bei der Lebenszyklus-Gebäudeoptimierung spielt eine transparente Bereitstellung aller wichtigen Informationen eine Rolle. Informationen zu verwendeten Materialien, Standorten der leitenden Systeme und allgemeinen Strukturierung sind für künftige Projekte, aber auch Wartungen und Reparaturen von Bedeutung. Die Verfügbarkeit der Informationen spielt auch beim Verkauf eine wichtige Rolle. Für Transparenz und mehr Planungssicherheit werden künftig vermehrt digitale Tools eingesetzt.
Maßnahmen in der Planungsphase: Langfristige Gebäudeplanung ist der Schlüssel zum Erfolg
Um schon in der Planungsphase des Gebäude-Lebenszyklus einen positiven Einfluss auf Nutzbarkeit, Nachhaltigkeit und Transparenz auszuüben, wird zunächst ein Bedarfskonzept erarbeitet. Hierbei werden auch künftige Anforderungen an das Gebäude (beispielsweise die Barrierefreiheit im Alter) berücksichtigt. Auch der Nachrüstbarkeit und Flexibilität des Gebäudes wird eine zentrale Bedeutung zugesprochen.
In der Planungsphase wird unter anderem auf KI-gestützte Software gesetzt, die große Datenmengen zügiger analysieren und auf dieser Basis Empfehlungen geben kann. Durch die KI-basierte Darstellung verschiedener Szenarien kann in der Planungsphase ein Konzept erarbeitet werden, das in allen Bereichen optimale Ergebnisse liefert. Weil KI und Maschinelles Lernen das Potential bieten, die Planungsphase erheblich zu verkürzen, werden schon hier Ressourcen (Arbeitskraft und Kosten) eingespart.
Die Nutzung von BIM (Building Information Modeling) erleichtert die Arbeit in der Planungsphase ebenfalls erheblich. Alle am Projekt beteiligten Parteien können auf das digitale Modell zugreifen und so Fehler in der Planung verhindern, aber auch effizienter agieren. Das digitale Modell erleichtert auch die Materialplanung.
Maßnahmen in der Bauphase: BIM und KI kombiniert
Zur Planung der Bauphase wird ein digitaler Vorreiter des Gebäudes erstellt, der die Vorgänge erleichtern und Informationstransparenz liefern soll. Building Information Modeling fällt schon jetzt dank KI und der digitalen Transformation smart aus: Die intelligente Datenanalyse erlaubt es beispielsweise, den Einsatz von Ressourcen zu optimieren, die Sicherheit beim Bau schon bei der Planung zu erhöhen. Es wird beispielsweise festgelegt, welche Aufgaben von wem wann erledigt werden – durch die Vorfertigung bestimmter Gebäudelemente werden die Arbeitsschritte am Bau selbst reduziert und die Sicherheit erhöht.
In der Bauphase des Gebäude-Lebenszyklus können innovative, KI-basierte Tools die Effizienz der Arbeitsschritte steigern. Das Erkennen von Mustern kann unter anderem auch in geschulten Algorithmen dazu genutzt werden, Fehler in Materialien ausfindig zu machen und so die Sicherheit während des Baus, sowie Schäden in der Bau- und Betriebsphase des Gebäude-Lebenszyklus zu vermeiden.
Maßnahmen in der Betriebsphase: Leichtere Implementierung innovativer Systeme
Dank der vorausschauenden Planung eines neuen Gebäudes und der Nutzung eines digitalen Zwillings in der Bauphase lassen sich Maßnahmen zur Steigerung der Effizienz und Nachhaltigkeit während der Gebäude-Betriebsphase leichter implementieren. Das liegt einerseits an der offenen Schnittstellentechnologie des Smart Grids, andererseits aber auch an KI-gestützten Energiemanagementsystemen, die stetig dazulernen. Erneuerbare Energien werden von dem smarten System so herangezogen, dass ein möglichst geringer Gebrauch an Netzstrom zu verzeichnen ist und CO2-Emissionen bestmöglich reduziert werden können. Auch zur Erwärmung des Gebäudes, Wassers, zur Erhöhung der Sicherheit und Förderung der Gesundheit in Gebäuden kann KI auf Basis der Echtzeit-Datenanalyse Empfehlungen geben und diese autark umsetzen. Mit Hilfe von KI lässt sich allerdings schon jetzt auch die Betriebsphase von Bestandsgebäuden effizienter gestalten, sodass nicht nur Neubauten ihren Teil zur Energiewende beitragen.
In allen Bereichen wird die Effizienz des Gebäudebetriebs durch die smarte Ausstattung in Form des Internet of Things, Smart Grids und KI-Managementsystems während der gesamten Betriebsphase gesteigert. Eine Optimierung findet allerdings auch durch die Wahl der richtigen Materialien – etwa zur Dämmung – bereits in der Planungsphase statt.
Steigerung der Effizienz im gesamten Gebäude-Lebenszyklus für zukunftsfähige Objekte unerlässlich
Um die im Bundes-Klimaschutzgesetz festgelegten Ziele zur Treibhausgasminimierung im Gebäudesektor schon bald erreichen zu können, ist eine Steigerung der Energie- und Ressourceneffizienz in allen Phasen des Gebäude-Lebenszyklus von Bedeutung. Schon bei der Planung können innovative Tools dabei helfen, Zeit, Arbeitsaufwand und Kosten zu sparen – aber auch die kommenden Phasen des Gebäude-Lebenszyklus von Grund auf zu optimieren. Bauherren kommt dies unter anderem in Form von Kosteneinsparungen, eines sichereren Bauvorgangs und Betriebs des Objekts zugute. Mit Hilfe der lebenszyklusübergreifenden Optimierung werden Umwelt und Ressourcen, aber auch Arbeitskräfte bei jedem Schritt geschont – sogar während des Gebäuderückbaus. Durch die vorausschauende Planung können verwendete Materialien so recycelt werden, dass sie sich zum größten Teil für neue, lokale Gebäude verwenden lassen – und so ein möglichst geringer CO2-Ausstoß gefördert werden kann.
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FAQ: Häufig gestellte Fragen
Welche Maßnahmen können in der Planungsphase ergriffen werden, um die Energieeffizienz eines Gebäudes zu maximieren?
Mit der Einführung des Gebäude-Energie-Gesetz (GEG) rückt der Fokus schon in der Bauphase im Gebäude-Lebenszyklus mehr und mehr auf den Aspekt Nachhaltigkeit. Verschiedene Maßnahmen greifen bereits in der Planungsphase ineinander, um ein rundum energieeffizientes Gebäude zu schaffen. Die Maßnahmen reichen von der sorgfältigen Planung der Außendämmung und Verwendung hochenergetischer Baumaterialien bis hin zum Einbau von Lüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung und der Implementierung erneuerbarer Energien zur Strom- und Wärmeversorgung.
Wie kann die Bauphase optimiert werden, um Ressourcen und Kosten zu sparen?
In der Bauphase werden schon längst KI und Maschinelles Lernen hinzugezogen, um die Planungsprozesse zu optimieren und gleichzeitig Ressourcen und Budgets zu schonen. So kann KI größere Datenmengen analysieren, um in der Bauphase im Gebäude-Lebenszyklus Vorhersagen – beispielsweise zum Materialbedarf – zu treffen. Innerhalb des Building Information Modeling (BIM) wird eine digitale Repräsentation des Gebäudes mitsamt seinen Funktionen geschaffen: Dadurch kann die Bauphase des Gebäudes digital geplant werden. Die Implementierung von KI hilft hier dabei, die Planungseffizienz zu steigern und mit Hilfe der intelligenten Vorhersagen Optimierungsmöglichkeiten aufzudecken. Die Bauphase wird mittlerweile aber auch durch Robotik verkürzt, die durch KI gesteuert wird: Roboter können beispielsweise Aufgaben wie das Verputzen übernehmen.
Welche Strategien können im Betrieb eines Gebäudes angewandt werden, um den Energieverbrauch kontinuierlich zu überwachen und zu reduzieren?
Zur Überwachung des Energieverbrauchs wird das Internet of Things (IoT) künftig verstärkt herangezogen. Die darin enthaltenen Sensoren können via Smart Grid Daten liefern, die Künstliche Intelligenz in Echtzeit analysieren kann. Dies ist die Basis für Voraussagen, aber auch smarte Steuerung der integrierten Gebäudeautomation mit Aktoren. In Verbindung können die Systeme den Energieverbrauch also kontinuierlich überwachen, aber auch anpassen, um den Gebäudebetrieb nachhaltiger zu gestalten. Schon während der Planungsphase im Gebäude-Lebenszyklus kann KI dafür eingesetzt werden, Planungsprozesse durch die Analyse umfassender Daten zu beschleunigen – und intelligente Voraussagen zu treffen.